Сухие органические вещества

Органические вещества товаров — это соединения, в состав которых входят атомы углерода и водорода. Они подразделяются на мономеры, олигомеры и полимеры.

Мономеры

Мономеры — органические вещества, состоящие из одного соединения и не подвергающиеся расщеплению с образованием новых органических веществ. Распад мономеров происходит в основном до углекислого газа и воды.

Перечень основных веществ, относящихся к мономерам, представлен на рис. 25. Большинство из этих веществ характерны в основном для пищевых продуктов. В непродовольственных товарах мономеры встречаются в парфюмерно-косметической продукции (спирты, глицерин, жирные органические кислоты), изделиях бытовой химии (спирты и другие органические растворители), нефтепродуктах (углеводороды).

Моносахариды — мономеры, относящиеся к классу углеводов, в состав молекулы которых входят углерод, водород и кислород (СН₂0)_п. Наибольшее распространение из них имеют гексозы (С₆Н,₂0₆) — глюкоза и фруктоза. Они встречаются в основном в пищевых продуктах растительного происхождения (плодах и овощах, вкусовых напитках и кондитерских изделиях). Промышленностью выпускается также чистая глюкоза и фруктоза как продукт питания и сырье для производства кондитерских изделий и напитков для диабетиков. Из натуральных продуктов больше всего глюкозы и фруктозы (до 60%) содержит мед.

Органические кислоты — соединения, в составе молекулы которых находится одна или несколько карбоксильных групп (-СООН).

Монокарбоновые кислоты — соединения, содержащие одну карбоксильную группу; представлены уксусной, молочной, масляной, пропионовой и другими кислотами. Дикарбоновые кислоты — соединения с двумя карбоксильными группами; включают яблочную, щавелевую, винную и янтарную кислоты. Трикарбоновые кислоты — соединения с тремя карбоксильными группами, к ним относятся лимонная, щавелево-янтарная и другие кислоты. Моно-, ди- и трикарбоновые кислоты относятся, как правило, к низкомолекулярным.

Наибольшее распространение в пищевых продуктах имеют молочная, уксусная, лимонная, яблочная и винная кислоты, а в непродовольственных товарах — лимонная кислота. Отдельные виды кислот (лимонная, бензойная, сорбиновая) обладают бактерицидными свойствами, поэтому их используют в качестве консервантов. Органические кислоты пищевых продуктов относятся к дополнительным энергетическим веществам, так как при их биологическом окислении выделяется энергия.

Рис. 26. Классификация органических кислот

Жирные кислоты — карбоновые кислоты алифатического ряда с не менее шести атомов углерода в молекуле (С₆—С₂₂ и выше). Они подразделяются на высшие (ВЖК) и низкомолекулярные (НЖК).

Жирные кислоты могут быть природными и синтетическими. Природные жирные кислоты — преимущественно одноосновные кислоты с четным числом атомов углерода. Наиболее распространены природные высшие жирные кислоты с 12— 18 атомами углерода в молекуле. Жирные кислоты с числом атомов водорода от С₆ до С₁₀ называют низкомолекулярными.

Синтетические жирные кислоты (СЖК) — это смесь монокарбоновых кислот с четным и нечетным числом атомов углерода. Их получают в промышленности из нефтехимического сырья (например, окисление парафина при высоких температурах и атмосферном давлении). СЖК применяют в производстве пластичных смазок, синтетических спиртов, лакокрасочных материалов для улучшения смачиваемости и дисперчирования пигментов, предотвращения их оседания, изменения вязкости красок. Кроме того, СЖК используются при производстве латексов и каучука в качестве эмульгатора при полимеризации бутадионсодержащих мономеров и искусственной кожи, а также в свечном производстве.

Аминокислоты — карбоновые кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп (NH₂). В зависимости от природы кислотной фракции они подразделяются на моноаминомонокарбоновые (например, глицин, валин, лейцин и др.), диаминомоно- карбоновые (лизин, аргинин), гидрооксиаминокислоты (серин, треонин, тирозин), тиоаминокислоты (серосодержащие — цистин, цистеин, метионин) и гетероциклические (гистидин, триптофан, пролин).

Фенолкарбоновые (фенольные) кислоты — карбоновые кислоты, содержащие бензольное кольцо. Они могут встречаться в свободном виде, а также входить в состав полифенолов. К фенольным относятся галловая, кофейная, ванилиновая, салициловая, оксибензойная и коричные кислоты. Эти кислоты обладают бактерицидными свойствами, улучшают сохраняемость товаров и повышают иммунные свойства организма человека. Они содержатся в основном в свежих плодах и овощах, а также в продуктах их переработки и винах.

Амины и амиды — производные аммиака (NH₃). Амины — вещества, в молекуле которых один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами (R). По числу аминогрупп различают моно-, ди-, три- и полиамины. Названия аминов образуют из названий органических остатков молекул, связанных с атомом азота. Например, метиламин, диметиламин, триметиламин образуются при гидролизе белков рыбы и мяса и служат признаком утраты свежести этих продуктов. Амины придают продуктам неприятные запахи: аммиачный, гнилостный (запах гнилой рыбы).

Амины — промежуточные продукты при производстве красителей, пестицидов, полимеров (в том числе полиамидов и полиуретанов), адсорбентов, ингибиторов коррозии, антиоксидантов.

Амиды — ацилпроизводные аммиака или аминов. Природные амиды входят в состав пищевых продуктов (в основном в виде амидов аспарагиновой и глютаминовой кислот: аспарагина и глютамина), а также непродовольственных товаров, при производстве которых используются синтетические амиды (например, пластификаторы бумаги, искусственной кожи, сырье для полимеров, красителей и т. п.).

Свойства. Амины в повышенных дозах оказывают вредное воздействие на организм человека: поражают нервную систему, нарушают проницаемость стенок кровеносных сосудов и клеточных мембран, вызывают нарушение функций печени и развитие дистрофии. Некоторые ароматические амины — канцерогены, вызывающие у человека рак мочевого пузыря.

Витамины — низкомолекулярные органические соединения, являющиеся регуляторами или участниками процессов обмена веществ в организме человека.

Кроме указанных общих свойств, каждый витамин имеет специфические функции и свойства. Эти свойства рассматриваются в товароведении продовольственных товаров.

В зависимости от растворимости витамины подразделяются на:

• водорастворимые (В₁ В₂, В₃, РР, В₆, В₉, В,₂, В₁₅, С и Р и т. п.);

• жирорастворимые (А, Д, Е, К).

К группе витаминов относят также витаминоподобные вещества, часть из которых называют витаминами (каротин, холин, витамин U, тартароновая кислота и др.).

Спирты — органические соединения, содержащие в молекулах одну или несколько гидроксильных групп (ОН) у насыщенных атомов углерода (С).

Одноатомные спирты, содержащие одну гидроксильную группу в зависимости от числа атомов С, подразделяются на низшие (С₁—С₅) и высшие жирные (С₆—С₂₀) спирты. К низшим спиртам относятся метанол (СН₃ОН), этанол (С₂Н₅ОН), пропанол (С₃Н₇ОН) и др., а к высшим — гексиловый (С₆Н₃ОН), гептиловый (С₇Н₁₅ОН), октиловый (С₈Н_|7ОН), но- ниловый (С₉Н₁₉ОН) и другие спирты.

Свойства. Спирты — жидкости или твердые вещества, хорошо растворимые во многих органических растворителях. Низшие спирты хорошо растворяются в воде, а высшие — плохо.

Двухатомные (гликоли) и многоатомные спирты практически не токсичны, за исключением этиленгликоля, образующего в организме ядовитую щавелевую кислоту.

Глицерин (от греч. glykeros — сладкий) — трехатомный спирт, представляющий собой бесцветную вязкую жидкость сладкого вкуса без запаха. Он смешивается в любых соотношениях с водой, этанолом, метанолом, ацетоном, но нерастворим в хлороформе и эфире, обладает высокой гигроскопичностью.

Углеводороды — органические соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода. Различают алифатические и ациклические углеводороды. Алифатические углеводороды характеризуются наличием линейных или разветвленных цепей (метан, этан, ацетилен, изопрен). В отличие от них ациклические углеводороды имеют молекулы, состоящие из циклов (колец) трех и более атомов углерода (например, фенол, бензол).

В зависимости от химической природы различают насыщенные (с простыми связями) и ненасыщенные (двойные, тройные связи), а по консистенции — газообразные, жидкие и твердые углеводороды. К газообразным веществам относятся низшие углеводороды (С₁—С₄): метан, этан, пропан, бутан и изобутан, причем метан и пропан используются как бытовой газ, топливо и сырье для перерабатывающей промышленности. Эти газы не имеют цвета и запаха.

Жидкие углеводороды представлены веществами, имеющими количество атомов углерода от С₅ до С,₇. Это бесцветные жидкости с характерным «бензиновым» запахом. К ним отно­сятся пентан, изопентан, гексан, гептан, октан, нонант и др.

Твердые углеводороды — это бесцветные вещества, относящиеся к высшим насыщенным углеводородам с С₁₈ и более (например, эйкозан, гектан и др.). Смесь твердых насыщенных углеводородов (С₁₈—С₃₅) представляет собой парафин, а смесь различных газообразных, жидких и твердых углеводородов, получаемых из нефти, — нефтепродукты.

Насыщенные углеводороды входят в состав бытового газа, моторного топлива. Жидкие углеводороды применяют в качестве растворителей, твердые (парафин, перезин) — при производстве пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств. Парафин используется при производстве свечей, спичек, карандашей, для защитных покрытий тары (например, дошников для квашения капусты), упаковочных материалов (вощеная бумага), апперетирования тканей, а также для производства синтетических жирных кислот.

Олигомеры

Олигомеры — органические вещества, состоящие из 2—10 остатков молекул однородных и разнородных веществ.

В зависимости от состава олигомеры подразделяются на однокомпонентные, двух-, трех- и многокомпонентные. К однокомпонентным олигомерам относятся некоторые олигосахариды (мальтоза, трегалоза), к двухкомпонентным — сахароза, лактоза, жиры-моноглицериды, в состав которых входят остатки молекул глицерина и только одной жирной кислоты, а также гликозиды, сложные эфиры; к трехкомпонентным — рафиноза, жиры-диглицериды; к многокомпонентным — жиры-триглицериды, липоиды: фосфатиды, воска и стероиды.

Олигосахариды — углеводы, в состав которых входят 2—10 остатков молекул моносахаридов, связанных гликозидными связями. Различают ди-, три- и тетрасахариды. Наибольшее распространение в пищевых продуктах имеют дисахариды — сахароза и лактоза, в меньшей мере — мальтоза и трегалоза, а также трисахариды — рафиноза. Указанные олигосахариды содержатся только в пищевых продуктах.

Сахароза (свекловичный, или тростниковый, сахар) — дисахарид, состоящий из остатков молекул глюкозы и фруктозы. При кислотном или ферментативном гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу, смесь которых в соотношении 1: 1 раньше называли инвертным сахаром.

Лактоза (молочный сахар) — дисахарид, состоящий из остатков молекул глюкозы и галактозы. При кислотном или ферментативном гидролизе лактоза распадается до глюкозы и галактозы, которые и используются живыми организмами: человека, дрожжей или молочнокислых бактерий.

Мальтоза (солодовый сахар) — дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Это вещество встречается как продукт неполного гидролиза крахмала в солоде, пиве, хлебе и мучных кондитерских изделиях, приготовленных с использованием проросшего зерна. Она содержится только в небольших количествах.

Трегалоза (грибной сахар) — дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Этот сахар мало распространен в природе и содержится в основном в пищевых продуктах одной группы — свежих и сушеных грибах, а также в натуральных консервах из них и дрожжах. В квашеных (соленых) грибах трегалоза отсутствует, поскольку расходуется при брожении.

Рафиноза — трисахарид, состоящий из остатков молекул глюкозы, фруктозы и галактозы. Как и трегалоза, рафиноза — мало распространенное вещество, встречающееся в небольших количествах в зерномучных товарах и свекле.

Свойства. Все олигосахариды являются запасными питательными веществами растительных организмов. Они хорошо растворимы в воде, легко подвергаются гидролизу до моносахаридов, обладают сладким вкусом, но степень их сладости различна. Исключение составляет лишь рафиноза — несладкая на вкус.

Липиды и липоиды — олигомеры, в состав которых входят остатки молекул трехатомного спирта глицерина или других высокомолекулярных спиртов, жирных кислот, а иногда и других веществ.

Липиды — это олигомеры, являющиеся сложными эфирами глицерина и жирных кислот — глицеридами. Смесь природных липидов, в основном триглицеридов, принято называть жирами. В товарах содержатся именно жиры.

В зависимости от количества остатков молекул жирных кислот в глицеридах различают моно-, ди- и триглицериды, а в зависимости от преобладания предельных или непредельных кислот жиры бывают жидкие и твердые. Жидкие жиры бывают чаще всего растительного происхождения (например, растительные масла: подсолнечное, оливковое, соевое и т. п.), хотя есть и твердые растительные жиры (какао-масло, кокосовое, пальмоядровое). Твердые жиры — это в основном жиры животного или искусственного происхождения (говяжий, бараний жир; коровье масло, маргарин, кулинарные жиры). Однако среди животных жиров есть и жидкие (рыбий, китовый, копытный и т. п.).

Жиры содержатся во всех пищевых продуктах, кроме отдельных их групп, указанных далее в классификации как шестая группа. В непродовольственных товарах жиры содержатся в ограниченном количестве групп: в косметических изделиях (кремах, лосьонах) и в строительных товарах (олифе, масляных красках, замазке, смазочных маслах и т. п.). В небольшом количестве жир находится в меховых и кожаных изделиях, изготовленных из натуральных материалов животного происхождения, так как в состав оболочек и органелл животной клетки обязательно входят липоиды и липиды.

В зависимости от количественного содержания жиров все потребительские товары можно подразделить на следующие группы.

1. Товары с супервысоким содержанием жиров (97,0—99,9%). К ним относятся растительные масла, животные и кулинарные жиры, коровье топленое масло, олифа, технические масла.

2. Товары с преимущественным содержанием жиров (60— 82,5%) представлены сливочным маслом, маргарином, шпиком свинины, орехами: грецкими, кедровыми, фундуком, миндалем, кешью и т. п.; масляными красками.

3. Товары с высоким содержанием жиров (25—59%). В эту группу входят концентрированные молочные продукты: сыры, мороженое, молочные консервы, сметана, творог, сливки с повышенной жирностью, майонез; жирные и средней жирности мясо, рыба и продукты их переработки, икра рыб; яйцо; необезжиренная соя и продукты ее переработки; торты, пирожные, сдобное печенье, орехи, арахис, шоколадные изделия, халва, кремы на жировой основе и др.

4. Товары с низким содержанием жиров (1,5—9,0%) — бобовые крупы, закусочные и обеденные консервы, молоко, сливки, кроме высокожирных, кисломолочные напитки, отдельные виды нежирной рыбы (например, семейства тресковых) или мяса II категории упитанности и субпродуктов (кости, головы, ножки и т. п.).

5. Товары с очень низким содержанием жиров (0,1—1,0%) — большинство зерномучных и плодоовощных товаров, кроме сои, орехов, обеденных и закусочных консервов; мучных кондитерских изделий, вошедших в третью группу; меховые и кожаные изделия.

6. Товары, не содержащие жиров (0%) — большинство непродовольственных товаров, кроме вошедших в другие группы, вспомогательные пищевые продукты, вкусовые напитки, сахаристые кондитерские изделия, кроме карамели и конфет с молочными и ореховыми начинками, ириса; сахар; мед; алкогольные, слабоалкогольные и безалкогольные напитки, кроме эмульсионных ликеров на молочной и яичной основах; табачные изделия.

Общие свойства. Жиры являются запасными питательными веществами, обладают самой высокой энергетической ценностью среди других питательных веществ (1 г — 9 ккал), а также биологической эффективностью, если содержат полиненасыщенные незаменимые жирные кислоты. Жиры имеют относительную плотность меньше 1, поэтому легче воды. Они нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе и др.). С водой жиры в присутствии эмульгаторов образуют пищевые эмульсии (кремы, маргарин, майонез).

Липоиды — жироподобные вещества, в состав молекул которых входят остатки глицерина или других высокомолекулярных спиртов, жирных и фосфорной кислот, азотистых и других веществ.

К липоидам относятся фосфатиды, стероиды и воска. От липидов они отличаются наличием фосфорной кислоты, азотистых оснований и других веществ, отсутствующих в липидах.

Свойства. Фосфолипиды обладают эмульгирующими свойствами, благодаря чему лецитин используется в качестве эмульгатора при производстве маргарина, майонеза, шоколада, мороженого, а также некоторых кремов.

Стероиды и воска являются сложными эфирами высокомолекулярных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот (С₁₆—С₃₆).

Свойства. Стероиды нерастворимы в воде, не омыляются щелочами, имеют высокую температуру плавления, обладают эмульгирующими свойствами. Холестерин и эргостерин под воздействием ультрафиолетовых лучей могут превращаться в витамин D.

Стерины и стероиды встречаются вместе с липидами в пищевых продуктах, а также в шерстяных и меховых изделиях.

Воска подразделяются на природные и синтетические, а природные — на растительные и животные. Растительные воска входят в состав покровных тканей листьев, плодов, стеблей. Некоторые растительные воска (карнаубский, пальмовый) используют в пищевой промышленности в качестве глазирователей. Животные воска — пчелиный, ланолин овечьей шерсти, спермацет кашалотов — используются при производстве косметических товаров, а пчелиный воск — в качестве глазирователя поверхности пищевых продуктов.

Синтетические воска в зависимости от типа исходного сырья подразделяют на частично и полностью синтетические. Их применяют при производстве политур, защитных композиций, изолирующих материалов, компонентов кремов в косметике и мазей в медицине.

Гликозиды — олигомеры, в которых остаток молекул моносахаридов или олигосахаридов связан с остатком неуглеводного вещества — аглюкона через гликозидную связь.

Свойства гликозидов. Они растворимы в воде и спирте, многие из них обладают горьким и/или жгучим вкусом, специфичным ароматом (например, амигдалин имеет горькоминдальный аромат, синигрин — резкий), бактерицидными и лечебными свойствами (например, соланин, синигрин, сердечные гликозиды и др.).

Эфиры — олигомеры, в молекуле которых остатки молекул входящих в них веществ объединены простыми или сложными эфирными связями.

В зависимости от этих связей различают простые и сложные эфиры.

Простые эфиры — соединения, состоящие из двух углеводородных радикалов и связанных атомом кислорода (R-0-R₁).

Примерами простых эфиров служат: диметиловый, диэтиловый, петролейный, дипропиловый эфиры, этиленоксид, анизол, фенетол и др.

Свойства. Простые эфиры — бесцветные жидкости с характерным запахом, более летучи, чем спирты, плохо растворимы в воде, но растворимы в органических растворителях, устойчивы к действию щелочей и щелочных металлов. Применяются в качестве растворителей жиров, смол, красителей, лаков, консервантов, антиоксидантов и т. д.

Сложные эфиры — соединения, состоящие из остатков молекул карбоновых кислот и спиртов. Строение их может быть представлено двумя резонансными структурами:

Свойства. Сложные эфиры легко летучи, нерастворимы в воде, но растворимы в этиловом спирте и растительных маслах. Эти свойства используются для извлечения их из пряно-ароматического сырья. Сложные эфиры гидролизуются под действием кислот и щелочей с образованием входящих в их состав карбоновых кислот или их солей и спиртов, а также вступают в реакции конденсации с образованием полимеров и переэтирификации с получением новых эфиров за счет замены одного спиртового или кислотного остатка.

Полимеры

Полимеры — высокомолекулярные вещества, состоящие из десятков и более остатков молекул однородных или разнородных мономеров, соединенных химическими связями.

Они характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов кислородных единиц и состоят из мономерных звеньев. Мономерное звено (ранее называемое элементарное) — составное звено, которое образуется из одной молекулы мономера при полимеризации. Например, в полиэтилене [-СН₂СН₂-]_n мономерное звено - -СН₂СН₂, а в крахмале — С₆Н₁₀О₅. С увеличением молекулярной массы и количества звеньев возрастает прочность полимеров.

По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры (например, белки, полисахариды, полифенолы и т. п.), и синтетические (например, полиэтилен, полистирол, феноло-альдегидные смолы). В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп различают линейные полимеры с открытой линейной цепью (например, натуральный каучук, целлюлоза, амилоза), разветвленные полимеры, имеющие линейную цепь с ответвлениями (например, амилопектин), глобулярные полимеры, отличающиеся преобладанием сил внутримолекулярного взаимодействия между группами атомов, входящих в молекулу, над силами межмолекулярного взаимодействия (например, белки мышечной ткани мяса, рыбы и т. п.), и сетчатые полимеры с трехмерными сетками, образованными отрезками высокомолекулярных соединений цепного строения (например, отверженные феноло-альдегидные смолы, вулканизированный каучук). Существуют и другие структуры макромолекул полимеров (лестничные и т. п.), но они встречаются редко.

По химическому составу макромолекулы различают гомополимеры и сополимеры. Гомополимеры — высокомолекулярные соединения, состоящие из одноименного мономера (например, полиэтилен, крахмал, целлюлоза, инулин и др.). Сополимеры — соединения, образованные из нескольких различных мономеров (двух и более). Примером могут служить белки, ферменты, полифенолы.

Важнейшие свойства. Многие из полимеров способны образовывать высокопрочные волокна и пленки, обладают способностью к высокоэластичным деформациям, набуханию и/или образованию высоковязких растворов (например, белки разных видов). Наиболее полно данные свойства выражены у линейных полимеров. По мере перехода к разветвленным цепям или трехмерным сеткам эти свойства частично или полностью утрачиваются. Так, трехмерные полимеры с очень большой частотой сетки нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям. Распад полимеров осуществляется термическим путем с разрывом валентных связей. Растворимость в воде и органических растворителях характерна лишь для отдельных видов.

По фазовому состоянию и преобладанию кристаллических или аморфных фаз полимеры могут быть кристаллическими и аморфными. Кристаллические полимеры образуют разнообразные формы (монокристаллы, фибриллы, сферолиты и др.). Аморфные полимеры могут находиться в трех состояниях: высокоэластическом, стеклообразном и вязкотекучем. Кристаллические полимеры отличаются от аморфных большей прочностью, а большинство аморфных — эластичностью.

Структура полимеров обусловливает органолептические свойства товаров, в том числе их внешний вид, внутреннее строение и консистенцию. Полимеры имеют пористую структуру. Различают сквозную, внутреннюю и поверхностную пористость. Сквозная пористость характеризуется наличием пор, проходящих через весь продукт или изделие (например, поры между нитями в тканях). Внутренняя пористость образуется за счет формирования пор при выделении газов (например, пористость хлеба) или в процессе специальной обработки (например, поры внутри волокон тканей). Такие поры не имеют выхода во внешнюю среду и заполнены воздухом либо газами (например, диоксидом углерода). Поверхностная пористость создается за счет открытых пор, образующих на поверхности мелкие впадины.

Биополимеры — природные высокомолекулярные соединения, образующиеся в процессе жизнедеятельности растительных или животных клеток.

В биологических организмах биополимеры выполняют четыре важнейшие функции:

1) рациональное запасание питательных веществ, которые организм расходует при нехватке или отсутствии поступления их извне;

2) формирование и поддержание в жизнеспособном состоянии тканей и систем организмов;

3) обеспечение необходимого обмена веществ;

4) защита от внешних неблагоприятных условий.

Полисахариды — это биополимеры, содержащие кислород и состоящие из большого числа мономерных звеньев типа С₅Н₈O₄ или С₆Н₁₀О₅.

В зависимости от природы мономерного звена полисахариды делят на пентозаны (С₅Н₈0₄)_n и гексозаны (C₆H_w0₅)_n. К пентозанам относятся арабаны, ксиланы и т. п., которые входят в состав гемицеллюлоз, сырой клетчатки и протопектина. В чистом виде в природных материалах и товарах они почти не встречаются.

Наибольшее распространение имеют гексозаны, важнейшими представителями которых являются крахмал, целлюлоза (клетчатка), гликоген и инулин.

По усвояемости организмом человека полисахариды подразделяются на усвояемые (крахмал, гликоген, инулин) и неусвояемые (все пентозаны, целлюлоза).

Крахмал — биополимер, состоящий из мономерных звеньев — глюкозидных остатков.

Природный крахмал представлен двумя полимерами: амилозой с линейной цепью и амилопектином — с разветвленной, причем последний преобладает (76—84%). В растительных клетках крахмал формируется в виде крахмальных зерен. Их размер, форма, а также соотношение амилозы и амилопектина являются идентифицирующими признаками природного крахмала определенных видов (картофельного, кукурузного и др.). Крахмал — запасное вещество растительных организмов.

Свойства. Амилоза и амилопектин различаются не только строением, но и свойствами. Амилопектин с большой молекулярной массой (100 000 и более) нерастворим в воде, а амилоза растворима в горячей воде и образует слабовязкие растворы. Образование и вязкость крахмального клейстера обусловлены в значительной мере за счет амилопектина. Амилоза легче, чем амилопектин, подвергается гидролизу до глюкозы. В процессе хранения происходит старение крахмала, вследствие чего снижается его водоудерживающая способность.

По содержанию крахмала пищевые продукты как основные его источники можно подразделить на следующие группы.

1. Продукты с высоким содержанием крахмала (50—80%), представленные зерномучными товарами — зерном, крупами, кроме бобовых; макаронными и сухарными изделиями, а также пищевой добавкой — крахмал и модифицированные крахмалы.

2. Продукты со средним содержанием крахмала (10—45%). К ним относятся картофель, бобовые крупы, кроме сои, в которой отсутствует крахмал, хлеб, мучные кондитерские изделия, орехи, незрелые бананы.

3. Продукты с низким содержанием крахмала (0,1—9%): большинство свежих плодов и овощей, кроме перечисленных, и продукты их переработки, йогурты, мороженое, вареные колбасы и другие комбинированные продукты, при производстве которых используется крахмал как стабилизатор консистенции или загуститель.

Гликоген — резервный полисахарид животных организмов. Он имеет разветвленную структуру и по строению близок к амилопектину. Наибольшее количество его содержится в печени животных (до 10%). Кроме того, он находится в мышечной ткани, сердце, мозге, а также в дрожжах и грибах.

Свойства. Гликоген образует с водой коллоидные растворы, гидролизуется с образованием глюкозы, дает с йодом красно-бурое окрашивание.

Целлюлоза (клетчатка) — линейный природный полисахарид, состоящий из остатков молекул глюкозы.

Свойства. Целлюлоза является полициклическим полимером с большим числом полярных гидроксильных групп, что придает жесткость и прочность ее молекулярным цепям (а также повышает влагоемкость, гигроскопичность). Макромолекулы целлюлозы имеют большую плотность упаковки. Это обус­ловливает ее высокую химическую стойкость. Целлюлоза нерастворима в воде, не поддается действию слабых кислот и щелочей, а растворяется только в очень немногих растворителях (в медно-аммиачном растворителе и в концентрированных растворах четвертичных аммониевых оснований).

По содержанию целлюлозы все товары можно разделить на следующие группы.

1. Товары с высоким содержанием целлюлозы (50—99%): хлопок, лен, конопля, древесина и изделия из них; табачные изде­лия, пищевая добавка — целлюлоза; ткани из вискозы, триацетата; пленки, лаки.

2. Товары со средним содержанием целлюлозы (2—10%): зерно с неудаленными оболочками, орехи, хрен, хлеб зерновой и с отрубями.

3. Товары с низким содержанием целлюлозы (0,5—1,9%): все зерномучные и плодоовощные товары, кроме вышеперечисленных, мучные кондитерские изделия.

4. Товары, не содержащие целлюлозу, продовольственные и непродовольственные товары животного или неорганического происхождения.

Пектиновые вещества — комплекс биополимеров, основная цепь которых состоит из остатков молекул галактуроновой кислоты.

Пектиновые вещества представлены протопектином, пектином и пектиновой кислотой, которые отличаются молекулярной массой, степенью полимеризации и наличием метальных групп. Общим их свойством является нерастворимость в воде.

Протопектин — полимер, основная цепь которого состоит из большого числа мономерных звеньев — остатков молекул пектина. Протопектин включает молекулы арабана и ксилана. Он входит в состав срединных пластинок, связывающих отдельные клетки в ткани, а также совместно с целлюлозой и гемицеллюлозами — в оболочки растительных тканей, обеспечивая их твердость и прочность.

Свойства. Протопектин подвергается кислотному и ферментативному гидролизу (например, при созревании плодов и овощей), а также деструкции при длительной варке в воде. В результате этого ткани размягчаются, что облегчает усвоение пищевых продуктов организмом человека.

Пектин — полимер, состоящий из остатков молекул метилового эфира и неметилированной галактуроновой кислоты. Пектины разных растений отличаются различной степенью полимеризации и метилирования. Это влияет на их свойства, в частности желирующую способность, благодаря которой пектин и содержащие его в достаточном количестве плоды используются в кондитерской промышленности при производстве мармелада, пастилы, джема и т. п. Желирующие свойства пектина возрас­тают с увеличением его молекулярной массы и степени метилирования.

Свойства. Пектин подвергается омылению под действием щелочей, а также ферментативному гидролизу с образованием пектиновых кислот и метилового спирта. Пектин — нерастворим в воде, не усваивается организмом, но обладает высокой водоудерживающей и сорбционной способностью. Благодаря последнему свойству он выводит из организма человека многие вредные вещества: холестерин, соли тяжелых металлов, радионуклиды, бактериальные и грибные яды.

Пектиновая кислота — полимер, состоящий из остатков молекул галактуроновой кислоты. В растительном организме она присутствует как продукт распада пектина, в отличие от которого эта кислота не обладает указанными ценными свойствами. Высокое накопление пектиновой кислоты служит признаком перезревания плодов и овощей и, по-видимому, одной из причин отмирания их тканей.

Лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина) — природный биополимер, разветвленные макромолекулы которого состоят из остатков замещенных фенольных спиртов и имеют сложно-эфирные, гликозидные и бензилэфирные связи.

Лигнин входит в состав почти всех наземных растений: деревьев разных пород, трав и т. п. По распространенности он уступает только полисахаридам. В древесине лигнин связан с гемицеллюлозами. Содержание лигнина в древесине хвойных пород деревьев составляет 23—38%, а лиственных — 14—25%.

Свойства. Лигнин расположен в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений, скрепляет целлюлозные волокна. Вместе с гемицеллюлозами он обеспечивает механическую прочность стволов и стеблей.

Белки — природные биополимеры, состоящие из остатков молекул аминокислот, связанных амидными (пептидными) связями, а отдельные подгруппы содержат дополнительно неорганические и органические безазотистые соединения.

Следовательно, по химической природе белки могут быть органическими, или простыми, полимерами и элементоорганическими, или сложными, сополимерами.

Простые белки состоят только из остатков молекул аминокислот, а сложные белки кроме аминокислот могут содержать неорганические элементы (железо, фосфор, серу и др.), а также безазотистые соединения (липиды, углеводы, красящие вещества, нуклеиновые кислоты).

В зависимости от способности растворяться в различных растворителях простые белки подразделяют на следующие виды:

альбумины — растворимые в воде белки, свертывающиеся при кипячении (например, лактоальбумин молока, овальбумин яйца, лейкозин пшеницы и др.);

глобулины — растворимые в солевых растворах белки, свертывающиеся при кипячении (лактоглобулин молока, овглобулин яйца, миозиноген мяса, глицинии сои, туберий картофеля и др.);

проламины — белки, растворимые в 60—80%-ном этиловом спирте и набухающие в воде (глиадин пшеницы, ржи, гордеин ячменя, зеин кукурузы и др.);

глютелины — белки, растворимые в слабых растворах щелочей и нерастворимые в воде, спирте, нейтральных растворах солей (глютелин пшеницы, ржи, кукурузы; оризенин кукурузы и др.);

протамины — нерастворимые в воде белки, причем их растворы обладают щелочными свойствами (белки икры и молок рыб);

гистоны — растворимые в воде белки, близкие по свойствам к протаминам (гемоглобин крови, другие белки продуктов животного происхождения);

протеноиды — нерастворимые в воде, слабых кислотах и щелочах белки (коллаген костей, хрящей, кожи; эластин соединительных тканей, кератин волос, шерсти, меха и др.).

Сложные белки подразделяются в зависимости от безазотистых соединений, входящих в состав их макромолекул, на следующие подгруппы:

фосфоропротеиды — белки, содержащие остатки молекул фосфорной кислоты (казеин молока, вителлин яиц, ихтулин икры рыб). Эти белки нерастворимы, но набухают в воде;

гликопротеиды — белки, содержащие остатки молекул углеводов (муцины и мукоиды костей, хрящей, слюны, а также роговицы глаз, слизистой оболочки желудка, кишечника);

липопротеиды — белки с остатками молекул липидов (содержатся в мембранах, протоплазме растительной и животных клеток, плазме крови и т. п.);

хромопротеиды — белки с остатками молекул красящих соединений (миоглобин мышечной ткани и гемоглобин крови, содержащие красящие соединения — гем, и др.);

нуклеопротеиды — белки с остатками нуклеиновых кислот (белки ядер клетки, зародышей семян злаковых, гречишных, бобовых и др.). Нуклеиновые кислоты также являются биополимерами, в состав которых входят пентофурозаны (Д-рибоза, Д-2-дезоксирибоза), пуриновые, пиримидиновые основания и фосфорная кислота, расположенные в полимерной цепи в определенной последовательности. Нуклеиновые кислоты подразделяются на рибонуклеиновые (сокращенно РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК) кислоты, которые выполняют очень важные для биоорганизмов жизненные функции: запас и трансформирование энергии, синтез белков, передача наследственных свойств и др. Нуклеопротеиды выступают в качестве резервных веществ РНК и ДНК.

В состав белков может входить 20—22 аминокислоты в разном соотношении и последовательности. Эти аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые.

Незаменимые аминокислоты — аминокислоты, не синтезируемые в организме человека, поэтому они должны поступать извне с пищей. К ним относятся изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин, аргинин и гистидин.

Заменимые аминокислоты — синтезируемые в организме человека аминокислоты.

В зависимости от содержания и оптимального соотношения незаменимых аминокислот белки подразделяют на полноценные и неполноценные.

Полноценные белки — белки, в состав которых входят все незаменимые аминокислоты в оптимальном для организма человека соотношении. К ним относятся белки молока, яиц, мышечной ткани мяса и рыбы, гречневой, рисовой и овсяной круп, ржи, картофеля и др.

Неполноценные белки — белки, в составе которых отсутствует или содержится в недостаточном количестве одна или несколько незаменимых аминокислот. К ним относятся белки костей, хрящей, кожи, соединительных тканей, шерсти и т. п.

По усвояемости белки подразделяют на усвояемые (белки мышечных тканей, молока, яиц, круп, овощей и т. п.) и трудноусвояемые (эластин, коллаген, кератин и т. д.).

Содержание полноценных и неполноценных белков имеет значение лишь для пищевых продуктов, так как обусловливает их биологическую ценность. Для непродовольственных товаров этот критерий оценки белков несущественен.

В соответствии с формой и структурой молекул различают глобулярные и фибриллярные белки.

Глобулярные белки имеют свернутые в компактные шарики глобулы сферической или эллипсоидной формы. Большинство из них растворимы в воде, причем вязкость их растворов неве­лика. К глобулярным белкам относятся белки крови — гемоглобин, альбумин, глобулин, лактоальбумин, а также лактоглобулин молока и др.

Фибриллярные белки образуют длинные волокна (фибриллы). Они плохо растворимы или совсем нерастворимы в воде. При растворении в воде эти белки образуют растворы высокой вязкости. К ним относятся белки покровных и соединительных тканей, костей, хрящей, волос, шерсти, перьев; фиброин натурального шелка.

Деление белков на глобулярные и фибриллярные условно, поскольку наряду с ними существует большое число белков с промежуточной структурой.

По содержанию белков все товары можно подразделить на следующие группы.

1. Высокобелковые товары (50—85% белка): меховые, шерстяные, кожаные изделия, натуральный шелк (одежда, обувь, сухие белок и желток и т. п.).

2. Среднебелковые товары (10—49%): мясо, рыба и продукты их переработки, сыры, молочные консервы, искусственная кожа на основе натурального сырья, зерномучные товары, орехи.

3. Низкобелковые товары (0,2—9%): большинство плодоовощных товаров, кроме орехов, мучные кондитерские товары, карамель и конфеты с ореховыми и молочными начинками, молоко, сливки, мороженое, кисломолочные напитки, сметана, сливочное масло, маргарин, животные жиры, чай, кофе, шоколад, отдельные косметические изделия на белковом сырье и др.

4. Товары, не содержащие белки (0% или следы) — большинство непродовольственных товаров, кроме вышеуказанных, вспомогательные товары, алкогольные, безалкогольные и слабоалкогольные напитки, рафинированные растительные масла, сахаристые кондитерские изделия, кроме упомянутых ранее.

Свойства. Физико-химические свойства белков определяются их высокомолекулярной природой, компактностью укладки полипептидных цепей и взаимным расположением аминокислот.

Энергетическая ценность белков равна 4,0 ккал на 1 г. Однако для организма человека более важна биологическая ценность белков, определяемая содержанием незаменимых аминокислот. Поэтому на энергетические цели белки используются в последнюю очередь.

Ферменты — биополимеры белковой природы, являющиеся катализаторами многих биохимических процессов.

Основная функция ферментов — ускорение превращений веществ, поступающих, или имеющихся, или образующихся при обмене веществ в любом биологическом организме (человека, животных, растений, микроорганизмов), а также регулирование биохимических процессов в зависимости от изменяющихся внешних условий.

Свойства. Ферменты обладают высокой каталитической активностью, благодаря чему небольшое количество их может активизировать биохимические процессы огромных количеств субстрата; специфичность действия, т. е. определенные ферменты действуют на конкретные вещества; обратимость действия (одни и те же ферменты могут осуществлять распад и синтез определенных веществ); мобильность, проявляющаяся в изменении активности под воздействием различных факторов (температуры, влажности, рН среды, активаторов и инактиваторов).

Полифенолы — биополимеры, в состав макромолекул которых могут входить фенольные кислоты, спирты и их эфиры, а также сахара и другие соединения.

Эти вещества встречаются в живой природе только в клетках растений. Кроме того, они могут содержаться в древесине и из­делиях из нее, торфе, буром и каменном угле, нефтяных остатках.

Наиболее характерные свойства отдельных видов. Синтетические полимеры отличаются разнообразием свойств, поэтому трудно выявить общие для всех свойства. Перечисленные ниже свойства относятся к большинству видов, но есть и исключения. Многие синтетические полимеры обладают механической прочностью, эластичностью, электро- и теплоизоляционными и другими ценными технологическими свойствами, что обусловливает их широкое применение в народном хозяйстве.

Подводя итоги рассмотрения химического состава продовольственных и непродовольственных товаров, следует отметить, что несмотря на существенные отличия веществ, входящих в товары этих классов, между ними есть и определенная общность. Причем эта общность обнаруживается между товарами, имеющими аналогичную природу происхождения сырья: биоорганического растительного и животного, созданного биологическими организмами; неорганического, сформировавшегося в неживой природе, и синтетического, образованного в процессе синтеза веществ.

Различия в химическом составе продовольственных и непродовольственных товаров обусловлены их функциональным назначением удовлетворять в первую очередь определенные физиологические потребности. Продовольственные товары, особенно пищевые продукты, удовлетворяют энергетические и пластические потребности, употребляются внутрь, поэтому в них преобладают усвояемые органические вещества, а во многих — и вода. Неусвояемые вещества пищевых продуктов обеспечивают их сохраняемость, а также внутреннюю безопасность организма, способствуя связыванию и выведению из него вредных продуктов обмена веществ.

Непродовольственные товары растительного и животного происхождения (текстильные, одежно-обувные и т. п.) в основном удовлетворяют физиологические потребности в защите от неблагоприятных внешних воздействий и поддержании постоянства температуры организма человека, поэтому в них преобладают неусвояемые органические вещества с определенной теплопроводностью и устойчивые к воздействию окружающей среды. Например, хозяйственно-бытовые и ювелирные товары, нефтепродукты удовлетворяют в основном социальные (престижные, технологические) или психические (рекреационные, развлекательные, эргономические и т. п.) потребности. Поэтому они отличаются разнообразным набором неусвояемых органических и неорганических веществ.

Указанные различия в химическом составе и свойствах веществ товаров разных классов и групп, их обусловливающих, не случайны. Они являются результатом сначала неосознанного естественного отбора человеком природных объектов, необходимых для обеспечения жизнедеятельности, а затем и осознанного, целенаправленного отбора и/или создания товаров с заданными химическими свойствами и составом. В перспективе научно-технический прогресс будет развиваться в направлении создания новых товаров с заданными химическими и физиче­скими свойствами, которые обеспечат формирование гарантированных товароведных характеристик.

Дата добавления: 2014-01-07